S53WW

Meritve anten

RIS 2005Novo Mesto

15.01.2005

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

Smernost (D, directivity)Dobitek (G, gain) – izkoristek (η=G/D, efficiency)

Smerni (sevalni) diagram (radiation pattern)– 3dB širina glavnega snopa v obeh polarizacijskih oseh– največji nivo stranskih snopov– razmerje naprej/nazaj

Prilagoditev (RL ali VSWR)Pasovna širina prilagoditvePasovna širina dobitka, oz. smernega diagramaPolarizacijski parametri– slabljenje ortogonalne polarizacije v primeru linearne polarizacije– osno razmerje v primeru krožne polarizacije

Največja dovedena močMehanski/okoljski parametri

Parametri, s katerimi opišemo anteno:

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

Smernost in dobitek (ter izkoristek)

Smax = D⋅(P/4πR2)Smax – maksimalna gostota moči na

razdalji R P – sevana moč4πR2 – površina krogle s premerom R

gostota moči referenčne (izotropne) antene na površini krogle s polmerom R

smernost

Smernost definiramo kot razmerje gostote moči v smeri maksimuma smernega diagrama in gostote moči, ki bi jo pri enaki sevani moči v isti točki dajala izotropna antena.

G = η D

Dobitek antene definiramo podobno kot smernost, le da tu namesto sevane moči izenačimo dovajano moč. S tem poleg smernih lastnosti antene upoštevamo tudi njene ohmske izgube.

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

Na sprejemu definiramo efektivno površino antene, ki je sorazmerna dobitku.

Aef = Gλ2/4π

Smernost in dobitek (ter izkoristek)

D = 4π/ΩA

4π - krogelni prostorski kot v steridianih, oz. radianih2

(=41253 stopinj2)

ΩA - prostorski kot antene

D ≅ 41000/ΘEΘH

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

Smerni diagram

3D sevalni diagram

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

Smerni diagram

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

E ravnina H ravnina

3dB širina v E ravnini

3dB širina v H ravnini

Smerni diagram

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

Merilo: logaritemsko, 20dBMerilo: logaritemsko, 40dB

Merilo: linearno

Smerni diagram

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

Smerni diagram

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

Smerni diagram

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

2D-smerni diagram

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

Prostor elektromagnetnega polja okoli antene razdelimo na tri področja:bližnje reaktivno polje – R < λ/2πbližnje sevano poljedaljno sevano polje – R > 2D2/ λ (napaka faze < π/8)

Prostor okoli antene

RD

Pomožna antenaNapaka faze

Ploskev enake faze(krogla s središčem vpomožni anteni)

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

Daljno polje:

~13m4λ yagi – 15dBi (meritev G)144MHz~140m10λ yagi - (meritev smernega diagrama)432MHz~11m10λ yagi – 19dBi (meritev G)432MHz

~12m1λ yagi – 10dBi50MHz~64m4λ yagi – (meritev smernega diagrama)144MHz

~13mparabola 1,2m1,3GHz~100mparabola 1,2m10GHz~25mparabola 0,6m10GHz2D2/ λAntenaFrekvenca

yagi antena: (2D2/λ) = 2λG/π2

D = (λ/π)√G

Prostor okoli antene

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

Meritev dobitka – primerjalna metoda

oddajnik

pomožna antena

merilnikmoči

merjena antena

etalonska antena

Kot “merilnik moči” lahko uporabimo merilni sprejemnik, nizkonivojski merilnik moči ali kalibrirani slabilnik z relativnim merilnikom moči/nivoja.

proti pomožni anteni

merjena antena

etalonskaantena

∆P

Gr

Gx

Gx = Gr + ∆P

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

Meritev dobitka – absolutna metoda

oddajnik - Ptx merilnik moči - Prx

antena 2, 3antena 1

R

Prx [dBm] = Ptx [dBm] + G1[dB] + G2[dB] – 20log(4πR/λ)

G1 G2G3

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

- vektorski analizator vezij- skalarni analizator vezij (spektralni analizator s sledilnim izvorom)- SWR meter- mostični merilniki, Z-metri ipd.

Meritev prilagoditve

Prilagoditev ponavadi podajamo kot:- prilagoditveno slabljenje (RL = Return loss) - odnos stojnih valov (SWR = Standing Wave Ratio)

RL = 20log(|s11|) = 20log(|ρ|) SWR = (1+|ρ|)/(1-|ρ|)

SWR = 2 ρ = 1/3 RL = -9,5dB

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

Meritev smernega diagrama

- meritev v bližnjem polju

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

- kompaktno merilno mesto

Merjenaantena

Kolimacijskozrcalo

oddajnikMikrovalovni absorber

Območje planega vala

Meritev smernega diagrama

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

- nema sobaMeritev smernega diagrama

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

- dvignjeno merilno mestoMeritev smernega diagrama

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

- dvignjeno merilno mesto na FE v LjubljaniMeritev smernega diagrama

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

- merilno mesto z odbojem od tal

h1 = λR/4htx

D < h1/3,3

Meritev smernega diagrama

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

Nekaj praktičnih pravil za meritve smernih diagramov in dobitkov.

Dvignjeno merilno mesto:

H > 5Dm zaradi odboja od tal

Primer:- meritev dobitka (diagrama?) 15dBi yagi (4λ) antene za 144MHzR > 13mDm = 3,6mH > 18m- meritev SBFA za 1,3GHzR > 2,2mDm = 0,5mH > 2,5m

Meritev smernega diagrama

Merilno mesto z odbojem od tal:

Hrx ≥ 3,3Dm - Htx = λR/4Hrx

Primer:- meritev 15dBi yagi antene za 144MHzR = 30mDm = 3,6mHrx = 12m - Htx = 1,25m

- meritev SBFA za 1,3GHzDm = 0,5mHrx = 1,65m za Htx = 1,65m R = 47mza Htx = 1,0m R = 28m

Dtx ≤ λR/4Dm - zaradi konstantne amplitude

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

Meritev polarizacijskih parametrov

E

horizontalna os

verti

kaln

a os

levokrožna polarizacija (val se širi ven iz zaslona)

a

b

AR=a/b – osno razmerje

AR ≅ 1...2 (0...3dB) – krožno polariziran valAR ≅ 2...10 (3...10dB) – eliptično polariziran valAR ≅ 10...∞ (10...∞dB) – linearno polariziran val

RIS 2005, Novo Mesto, 15.01.2005 – S53WW – Meritve anten

Meritev polarizacijskih parametrov